淺談中壓斷路器機械特性和分合閘線圈在線監(jiān)測開發(fā)新思路

陳艷彪

河南平高通用電氣有限公司中壓斷路器廠 河南平頂山 467000

分合閘線圈高壓開關(guān)的一個最根基性能就是機械靠得住性，電力運行和試驗站的故障統(tǒng)計中表白，我國分合閘線圈高壓開關(guān)最突出的問題就是機械和絕緣問題，這與發(fā)達國家相比較為落后，在國外的先進公司，現(xiàn)在分合閘線圈都提出并推出新一代免維護的電器產(chǎn)品。我國高壓分合閘線圈開關(guān)設(shè)備要真正做到產(chǎn)品免維護仍然很難。實際上，在產(chǎn)品設(shè)計上盡可能地簡化結(jié)構(gòu)，對提高產(chǎn)品的靠得住性很有幫忙。斷路器分合閘線圈的全部使命，歸根事實是體現(xiàn)在觸頭的分、合動作，而分、合動作又是通過合閘線圈來實現(xiàn)的，因此合閘線圈的工作性能和質(zhì)量的優(yōu)劣，對高壓斷路器的工作性能和靠得住性起著極其重要的作用[1]。

1 分合閘線圈的結(jié)構(gòu)及原理

1.1 分合閘線圈的結(jié)構(gòu)

分合閘線圈分為電氣部分、機械部分。電氣部分主要包括電磁線圈、動鐵心、頂桿；機械部分包括線圈外殼、固定螺栓、調(diào)整螺栓和復(fù)位彈簧。當(dāng)線圈中通過電流時，動鐵心受到電磁力作用，帶動頂桿運動，頂桿撞擊分、合閘掣子，打開凸輪，釋放彈簧，實現(xiàn)斷路器分合閘。當(dāng)線圈中電流消失后，在復(fù)位彈簧的作用下，動鐵心復(fù)位。操作時，分合閘線圈電流波形包含很多信息，電流波形真實反映了線圈得電到鐵心開始運動、鐵心運動過程、鐵心運動停止后、輔助接點分斷等過程的工作情況[2]。

1.2 線圈產(chǎn)熱

斷路器操作過程中線圈電流產(chǎn)生的熱量來不及向周圍散發(fā)，可看成一個絕熱的過程，產(chǎn)生的熱量將使線圈導(dǎo)線及絕緣層溫度升高，若導(dǎo)線絕緣層存在薄弱點或缺陷，將使絕緣層破壞，造成線圈故障。

2 分合閘線圈的故障分析

2.1 線圈內(nèi)部存在匝間或?qū)娱g短路

針對某系列存在系統(tǒng)性缺陷的故障線圈進行分析，發(fā)現(xiàn)在靠近鐵芯的附近幾層，發(fā)現(xiàn)了非常明顯的匝間短路點，短路點附近的漆包線由于高溫作用，表面發(fā)藍。經(jīng)現(xiàn)場試驗，斷路器分合閘線圈直流電阻下降，基本不影響斷路器動作性能。動作時間均合格，斷路器可靠動作，但由于線圈直阻下降，通過線圈的電流增大，最終導(dǎo)致線圈燒損。初步判斷造成線圈直流電阻下降是由于線圈制造過程中的絕緣薄弱的所引起。在運行過程中，薄弱點受勵磁電流影響最終受損。

造成線圈絕緣性能下降的原因除了線圈自身原因之外，還與以下幾點有關(guān)：線圈的安裝位置的溫濕度；線圈所接二次回路的正常運行時的負荷電流的大小和動作持續(xù)的大電流有關(guān)，即回路中串接的電阻過少有關(guān)；控制系統(tǒng)電源不穩(wěn)定，加載在線圈兩端的電壓過高，導(dǎo)致線圈絕緣擊穿或通過線圈的電流過大，燒毀線圈；輔助開關(guān)接點開斷間隙小，滅弧能力差，切斷電流時容易引起電弧重燃，延長線圈通過較大電流的時間，使線圈絕緣性能下降。

2.2 線圈動作電壓不正確，造成的誤動或拒動

高壓斷路器動作電壓合格，一方面可以避免當(dāng)二次直流系統(tǒng)在絕緣降低、高阻接地及強電磁場干擾等情況下，可能在斷路器分合閘線圈兩端引入暫態(tài)直流電壓，引起斷路器誤動作；另一方面可以保證二次直流系統(tǒng)容量不足時斷路器的可靠動作。根據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程實施細則》規(guī)定，操動機構(gòu)分、合閘電磁鐵或合閘接觸器端子上的最低動作電壓應(yīng)在操作電壓額定值的30%-65%之間；在使用電磁機構(gòu)時，合閘電磁鐵線圈通流時的端電壓為操作電壓額定值的80%（關(guān)合電流峰值等于及大于50kA時為85%）時應(yīng)可靠動作，并不高于額定操作電壓值的110%。因此，在設(shè)備狀態(tài)檢修時，要檢查記錄好線圈的動作電壓是否滿足規(guī)范要求，記錄好線圈的動作電壓和直流電阻。分、合閘線圈電阻檢測，檢測結(jié)果應(yīng)符合設(shè)備技術(shù)文件要求，沒有明確要求時，以線圈電阻初值差不超過±5%作為判據(jù)。若不滿足要求，應(yīng)及時做好相應(yīng)的更換工作或處理措施。

2.3 輔助開關(guān)不能正常變位，線圈長期通電而燒毀

從性能來看分合閘線圈是按短時通電設(shè)計的，只允許通過短時的額定電流。如果通過持續(xù)電流的時間過長就會導(dǎo)致線圈絕緣性能下降，最終燒毀。故最常見的分合閘線圈故障是其通過持續(xù)電流的時間過長。以10kV斷路器機構(gòu)箱為例，控制回路一直保持導(dǎo)通，線圈長期通過電流，以致線圈燒毀的原因如下：一是分合閘線圈出現(xiàn)松動，導(dǎo)致電磁鐵心發(fā)生位移，使得動鐵心與線圈內(nèi)壁摩擦過大。由于線圈產(chǎn)生的電磁力不足以使得銜鐵運動，頂桿無法正常觸發(fā)拐臂，無法觸發(fā)開關(guān)分合閘。二是連桿與線圈之間的行程調(diào)整不合適，或復(fù)位彈簧過于緊繃，連板死點調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致分合閘通過電流時產(chǎn)生的沖擊力不足以推動機械動作、線圈超載。三是由于操作機構(gòu)時的震動，多次操作震動，慢慢地導(dǎo)致脫扣位置發(fā)生偏移，使得機構(gòu)箱內(nèi)連動機構(gòu)松動脫落，當(dāng)指令要求合閘線圈動作時，銜鐵和輔助摯子之間空隙偏大，使得鐵芯沖不動脫扣機構(gòu)而拒合，合閘線圈動作沒有到位[3]。

3 解決斷路器斷路器合閘線圈燒毀問題的技巧

（1）斷路器機構(gòu)故障。當(dāng)斷路器合閘控制回路正常時，斷路器本體的內(nèi)導(dǎo)電桿、傳動連桿等卡澀，或是因為斷路器操作機構(gòu)連板配合不好，死點調(diào)得偏高，導(dǎo)致斷路器拒合閘，使合閘鐵芯過載，引起線圈故障。加強合閘接觸器的檢查、維護。每次開關(guān)小修、周期大修都要對其進行檢查動、靜觸頭表面接觸面積、接觸壓力等

（2）輔助開關(guān)位置不當(dāng)。正常合閘時，斷路器的合閘接觸器的線圈回路與輔助開關(guān)的常閉延時接點串聯(lián)，斷路器合閘后，輔助開關(guān)接點自動切斷合閘回路，輔助接點打不開或拉弧，合閘接觸器通過重合閘回路或綠燈回路自保持，合閘線圈長時間帶電而被燒毀。

（3）合閘接觸器故障。斷路器合閘時，由于合閘電流比較大，控制回路不能直接控制合閘線圈，只能通過合閘接觸器間接接通合閘線圈。因此，當(dāng)合閘接觸器發(fā)生故障時，不能及時斷開，使合閘線圈通電時間過長，線圈故障另外，合閘接觸器的線圈電阻變大，會使合閘接觸器正常通電時吸合力度不夠，主觸點產(chǎn)生拉弧，久而久之，合閘接觸器的主觸點接觸電阻增大，間接地影響斷路器合閘線圈的勵磁電流，使合閘線圈的勵磁力度不足，鐵芯不能正確動作，使線圈過載，造成線圈故障甚至燒毀[4]。

（4）合閘電源容量下降，或者合閘回路電阻偏大，使合閘瞬間合閘線圈兩端電壓低于80%額定值。

3.1 解決維修過程中合閘線圈更換問題

（1）更換合閘線圈前需要正確的判斷及檢查。正確的判斷之后，檢查更換之前，要進行一系列的準備工作，且所有工作都要在請示調(diào)度指揮系統(tǒng)并得到批準之后方可進行。查看合閘線圈確已燒毀后，要找到同規(guī)格型號的更換，問題是相同規(guī)格型號的器件很難找，既便是與生產(chǎn)廠家及時聯(lián)系也不可能馬上送到現(xiàn)場。

（2）迫不得已采用拆補措施。在現(xiàn)場找到備用斷路器，經(jīng)管理人員批示準許之后，再進行一系列的拆補操作。拆掉備用斷路器合閘線圈。換到急需要送電的斷路器上。若送電成功，則是可完成了更換任務(wù)。尚若合閘線圈又被燒，合閘失敗，則會導(dǎo)致無法快速修復(fù)。

（3）若是無法找到備用斷路器和合閘線圈，則只能聯(lián)系廠家和供應(yīng)商送新產(chǎn)品或可替代產(chǎn)品到場，并做好相應(yīng)的驗收，采用相應(yīng)的保護工作。

3.2 合閘線圈燒損的預(yù)防措施

（1）加強合閘接觸器的檢修。每天都要進行檢查，定期檢修，發(fā)現(xiàn)松動、靜觸頭的接觸面積和接觸壓力變化時立即組織維修。

（2）正確調(diào)整斷路器輔助機構(gòu)的位置。

（3）要求值班人員在斷路器正式使用前拆除控制電路保險絲，重合閘斷路器電路也應(yīng)該打開，以避免在試驗過程中，產(chǎn)生線圈燒毀的可能。

（4）建議將油斷路器導(dǎo)板材料更換為環(huán)氧樹脂板，有利于避免導(dǎo)向板損壞。

（5）檢查合閘接觸器線圈的電阻和主觸頭的具體情況。

3.3 強化無油斷路器的檢修

（1）檢修斷路器的旋轉(zhuǎn)部分。斷路器旋轉(zhuǎn)部分應(yīng)靈活好用，嚴禁出現(xiàn)夾持變形。檢查調(diào)整行程連桿，使斷路器保持所需狀態(tài)。

（2）檢查斷路器滅弧系統(tǒng)。應(yīng)合理安裝斷路器，不要上下顛倒。檢查滅弧室應(yīng)避免出現(xiàn)電弧燒傷引起的裂紋，中心孔直徑應(yīng)符合質(zhì)量要求。

（3）檢查靜態(tài)接觸的方位是否安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，保證開啟時間和關(guān)閉時間必須滿足固定要求。

（4）檢查動觸頭、靜觸頭應(yīng)符合固定要求，檢查接觸指彈片是否完好，接觸壓力是否適當(dāng)，彈片位置是否可靠。

（5）檢查電弧接觸指銅鎢合金塊有無嚴重?zé)龎?。是否動觸頭表面光滑直，鍍銀層完好，銅鎢合金頭是否擰緊，接觸有無嚴重?zé)龤А?/p>

（6）檢查保溫筒是否處于良好狀態(tài)，檢查膠木環(huán)沒有變形，檢查電路各部分的密封墊是否完好無損[5]。

4 結(jié)語

斷路器驗收和維護需關(guān)注以下幾點：①分合閘線圈選型是否與保護裝置控制回路相搭配，線圈的出廠試驗參數(shù)如線圈絕緣性能、線圈的直流電阻、線圈的動作電壓，均應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范的要求。②線圈的安裝位置應(yīng)滿足規(guī)避誤碰風(fēng)險，散熱良好，并且便于檢修人員更換的要求。③狀態(tài)檢修時，做好線圈的性能參數(shù)的測試記錄分析工作，對斷路器的操作機構(gòu)按規(guī)程執(zhí)行機械特性檢查維護，調(diào)整檢查輔助開關(guān)應(yīng)切換靈活，接觸良好，確保線圈動作可靠。